CN2196685Y - 套管弹性旋流扶正器 - Google Patents

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李成林
王忠福
张景富
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Abstract

本实用新型是一种安装在套管柱上的特殊装 置。利用固体壁面对流体流动的限制和导向作用，实 现流经本装置的液流流速产生变向在环空中形成螺 旋流。同时依据外部标准扶正器的扶正作用，实现套 管偏心状况的改善。因此，能在现场施工技术工艺条 件不变的情况下提高固井顶替效率，从而提高固井质 量。

Description

本实用新型涉及一种套管弹性旋流扶正器，是一种依据固体壁面对流体流动的限制和导向作用，在套管弹性扶正器中对称地加入6片螺旋状导流片，实现水泥浆在环空中以螺旋流顶替钻井液的特殊装置。
石油固井技术研究和现场施工经验表明，注水泥浆时，使环空中水泥浆以螺旋流方式顶替钻井液，是提高固井顶替效率、固井质量的有效途径之一。参见刘希圣主编《钻井工艺原理》，石油工业出版社，1980。
为了使水泥浆能在环空中产生螺旋流动，以往的技术通常都采用转动套管来实现，也收到了一定的效果，但这种工艺技术由于受到许多工程条件的限制而导致推广困难。尤其是对于深井、大斜度井和水平井来说，旋转套管工艺技术很难实现。而且大斜度井和水平井中，套管柱会由于重力的作用而偏离井眼轴线，形成不利于水泥浆顶替流动的偏心环空。参见张景富编《钻井流体力学》，石油工业出版社，1993年。因此，急需研制一种能改善以上条件下顶替效率的工具装置。
本实用新型的目的是提供一种套管弹性旋流扶正器，它是一种既能改善套管偏离井眼轴线程度又能产生旋流的装置。
本实用新型的目的这样实现的：用2mm厚的65Mn或60Si2Mn弹簧钢薄板加工成导流片，然后按特殊的加工工艺技术将其安装在弹性扶正器中。当流体流经本实用新型时，一方面由于流经本实用新型时流动过流断面的改变，而使流出的流体产生速度增值；另一方面由于导流片对液流的限流的导流作用，使流体流动方向发生改变，在环空中生成螺旋流（图3）。理论研究和实验结果都表明，以上两种作用有利于顶替效率的提高。由于由本实用新型所产生的旋流，在环空前移继续流动时属于淹没流动，在流动过程中要受到各种阻尼力的作用，因此，其产生的有效长度是有限的。这一点通过我们所做的大量的实验结果得到了证实，并归纳出旋流长度的计算公式。据此，可以确定出，在特定的现场工况条件下，套管柱上安放本实用新型的合理间距与个数。具体地说就是：一种套管弹性旋流扶正器，该装置由标准弹性扶正器与导流片组成，其特征在于导流片与扶正器簧片在个数和位置上是相对应的。导流片通过固定筋安装在标准弹性扶正器中，导流片与扶正器成一定角度安放。导流片的内外迹线为螺旋线，导流片长度和高度根据所用的套管标准弹性扶正器尺寸及产生旋流长度优化设计。导流片安放角度在35°～60°之间，具体值按实际产生旋流长度优化设计，导流片间所形成的流道为流线型。导流片及固定筋材料为2mm厚65Mn（或60Si2Mn）弹性钢板。
本实用新型因为只需在标准弹性扶正器中安装上螺旋状弹簧钢质导流片，具有结构简单，加工方便等优点。由于本实用新型采用弹性材料，因此能有效地适应各种井下情况，不致产生损坏和失效，不会发生井下事故。根据我们在大庆油田的应用实践，本实用新型在井下工作性能稳定，起到了提高顶替效率、提高固井质量的作用。且能满足现场的施工要求而无任何附加条件。
本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图给出。
图1是根据本实用新型提出的套管弹性旋流扶正器的结构图。图1中标准弹性扶正器包括铰链1，铰链销2，簧片4，环箍5，3导流片及固定筋；
图2是本实用新型提出的导流片及固定筋的形状图。
图3为流体在环空中生成螺旋流的示意图。
下面结合图详细说明依据本实用新型提出的具体装置的细节及工作情况：
参见图1，该标准套管弹性扶正器装置是由铰链（1）、铰链销（2）、簧片（4）、环箍（5）和导流片及固定筋（3）组成的。导流片形状为螺旋状，其内外两侧迹线均为螺旋线。安装时与扶正器轴线成一定角度（称旋流角），导流片所构成的曲面和过轴心的圆柱面相垂直。按工况条件下可设计出不同的导流片参数（包括：长度、高度、旋流角等）。由此流体流出导流片即可产生速度增值和流速变向而生成旋流。
对于φ139.7套管柱，导流片及与固定筋的安放尺寸如图2所示，设计结果为：旋流角β＝55°，导流片长度Lb＝0.06m，导流片高度h＝1／2（D2－D1）＝1／2（220－139.7）mm，固定筋高度L＝0.35m。
一种套管弹性旋流扶正器，该装置由标准弹性扶正器与导流片组成，其特征在于导流片与扶正器簧片在个数和位置上是相对应的。导流片通过固定筋安装在标准弹性扶正器中，导流片与扶正器成一定角度安放。导流片的内外迹线为螺旋线，导流片长度和高度根据所用的套管标准弹性扶正器尺寸及产生旋流长度优化设计。导流片安放角度在35°～60°之间，具体值按实际产生旋流长度优化设计，导流片间所形成的流道为流线型。导流片及固定筋材料为2mm厚65Mn（或60Si2Mn）弹性钢板。
本实用新型是安放在套管柱上的一种特殊装置，是一种利用导流片限流和导流作用在环空中实现生成旋流、同时改善套管偏心状况的装置。其能够产生速度增值、生成旋流，所以能有效地改善顶替状况。是确保固井质量的良好技术手段之一。

Claims (3)

1、一种套管弹性旋流扶正器，该扶正器由标准弹性扶正器与导流片组成，其特征在于导流片与扶正器簧片在个数和位置上是对应的，导流片通过固定筋安装在标准弹性扶正器中，导流片与扶正器成一定角度安放，导流片的内外迹线为螺旋线。
2、根据权利要求1所述的扶正器，其特征在于导流片安放角度在35°～60°之间，导流片间所形成的流道为流线型。
3、根据权利要求1所述的扶正器，其特征在于导流片及固定筋材料为2毫米厚65Mn或60Si2Mn弹性钢板。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102165136A (zh) * 2008-07-15 2011-08-24 克威克捷普斯有限公司 钻孔套管扶正器
CN109515624A (zh) * 2018-08-30 2019-03-26 中国船舶重工集团公司第七〇五研究所 一种具有双向选择功能的扶片装置
CN115370304A (zh) * 2022-10-25 2022-11-22 东营市源鑫石油科技有限公司 一种具有旋转避障功能的整体式弹性扶正器

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